【簡単】マルチバースとは|証拠や証明を解説

マルチバースの証拠 宇宙

「マルチバースって何? マルチバースの証拠ってあるの? マルチバースと多世界解釈の違いを知りたい。 物理学って何だか難しそうだな…」

こういった疑問に物理学修士の筆者が解説します。

結論

マルチバースとはインフレーション(空間の急速膨張)の中で無数の宇宙が発生しているという理論です。詳細は本記事にて解説します。

本記事の参考文献

本記事の内容

マルチバースとは

マルチバース

マルチバースとはインフレーション(空間の急速膨張)の中で無数の宇宙が発生しているという理論です。
ワインバーグのマルチバースでは、上写真のように沸騰するお湯で考えることができます。ここで液体の部分は膨張している空間、気体部分(泡)を宇宙と考えると、宇宙は無数に誕生して衝突を繰り返すでしょう。しかし、ワインバーグのマルチバースでは液体部分は急速に膨張しているため、泡と泡の間隔が拡がるため、宇宙同士が衝突することはないのです。ただし、泡から新しい泡が生まれることはあります。このような宇宙を永久インフレーションモデルといいます。さらに超ひも理論によると、宇宙(泡)は10500種類も存在しており、私たちの住んでいる宇宙はそのうちの1つなのです。このように永久インフレーションモデルと超ひも理論から計算された宇宙像をマルチバースというのです。
宇宙(泡)は10500種類といいましたが、実際に生命が誕生できる宇宙はほんの数パターンしかありません。そこでもし宇宙が1つしかなければ、その宇宙で生命が誕生する確率は1/10500となります。これは宝くじの3億円を62回連続で当てる確率に相当し、こんな確率を当てるのはまず不可能でしょう。つまり、もし宇宙が1つしかないとすると、宇宙をデザインした神様のような存在を想定せざるを得ないのです。

マルチバースの証拠

マルチバースの証拠

この宇宙がマルチバースの(宇宙がたくさんある)証拠として、真空エネルギーの理論値が私たちの住んでいる宇宙の真空エネルギーより10120も大きいことがあげられます。
宇宙の空間は空間毎にエネルギーを持っています。このエネルギーから物質が生成されたりします。そしてそのエネルギーは時間が経つと最小の値を取ります。このエネルギーが最小の値を真空エネルギーといいます。この真空ネルギーは0であると想定されていましたが、宇宙が膨張していることがわかり、真空エネルギーは正の値を持っていることが真空エネルギーの大きさは量子力学によってざっくり計算することができます。その結果、計算で得られた真空エネルギーは、実験で得られた真空エネルギーより10120も大きかったのです。
これは普通の宇宙より私たちの住んでいる宇宙の方が極端に真空エネルギーが低いことを表しています。極端に真空エネルギーが低いことで星や生命が誕生するのです。ちなみに上表のように真空のエネルギー密度は一定で、物質のエネルギー密度は宇宙が膨張しているため、低くなってきています。現在の宇宙は全エネルギーの7割が真空エネルギーで、残り3割が物質のエネルギーになっており、この割合が生命が誕生するのにちょうどいいのです。つまり生命が誕生でいたのは、真空エネルギーが極端に低くて、物質のエネルギー密度が同じくらい低下してきたこの時代だからこそできたのです。
そこでもし宇宙が10120個ほどあったら、1個くらいは私たちの宇宙のように極端に真空エネルギーが小さい宇宙ができるだろうと、ノーベル賞物理学者ワインバーグは考えたのです。
逆にもし、宇宙が1個しかなかったら、生命が生まれるために宇宙をデザインした神のような存在を考えざるを得ないのです。
長らく、真空エネルギーが理論値より低い理由をこのマルチバース以外で説明できていないので、宇宙がたくさんあることは定説になりつつあります。

マルチバースと多世界解釈

1957年、プリンストン大学大学院生エヴェレットは多世界解釈を提唱しました。例えばシュレーディンガーの猫で有名なように、箱を開ける前は猫が死んでる状態と生きてる状態が重ね合わせの状態で、箱を開けて人間が観測すると、どちらかの状態の猫が発見されます。そこで多世界解釈では確率の分だけ世界が分岐する、つまり生きてる猫の世界と死んでいる世界の2つに分岐すると考えるのです。
マルチバースでは10500以上の宇宙が重ね合わせの状態で、世界が確率分だけ分岐していくと考えられているのです。つまり、私たちの世界より遥かに大きいスケールでの確率的重ね合わせをマルチバース、遥かに小さいスケールでの確率的重ね合わせを量子力学的多世界解釈(パラレルワールド)と呼びます。

マルチバースの証明

宇宙空間の曲率

宇宙空間の曲率が正であれば、マルチバースは否定されます。現在宇宙は曲がっておらず、限りなく平坦であると考えられていますが、まだわかっていません。もし正の曲率で宇宙が曲がっているとするとインフレーションが短かったことを意味します。これは宇宙空間がインフレーションというアイロンによって引き延ばせれて平坦になるからです。逆にインフレーションが短いと永久インフレーションモデルとは反する考え方なので、否定されるのです。

宇宙衝突の証拠

ワインバーグ以外のマルチバースでは宇宙同士が衝突することもあります。宇宙が衝突した時にでたシグナルを感知できればマルチバースの証拠となります。しかし、インフレーション(アイロン)によってそのシグナルも伸ばされてわからなくなっている可能性が高いので、宇宙同士の衝突の証拠を見つけるのは困難でしょう。

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